麥麩膳食纖維的提取

付浩華，張冬秀

（湖南唐人神肉制品有限公司，湖南 株洲 412002）

0 引言

膳食纖維是指不被腸道內(nèi)消化酶消化吸收，但能被大腸內(nèi)的某些微生物部分酶解和利用的一類非淀粉多糖類物質(zhì)[1]。多存在于植物的種皮和外表皮中，如農(nóng)產(chǎn)品加工下腳料麥麩、豆渣。一般不易被消化，主要來(lái)自于植物的細(xì)胞壁，根據(jù)是否溶解于水，可將膳食纖維分為可溶性膳食纖維和不可溶性膳食纖維。

目前，隨著生活水平的日益提高，精細(xì)飲食比例越來(lái)越高，粗糧的攝入不足已經(jīng)成為了普遍現(xiàn)象，隨之帶來(lái)的亞健康現(xiàn)象越來(lái)越多，膳食纖維攝入量不足是一個(gè)重要原因。目前，人們將膳食纖維作為七大類營(yíng)養(yǎng)素之一，膳食纖維正逐步被人們熟知，美國(guó)防癌協(xié)會(huì)推薦標(biāo)準(zhǔn)為30～40 g/（人·d），而歐洲共同體食品科學(xué)委員會(huì)推薦標(biāo)準(zhǔn)為30g/（人·d）[2-3]。

麥麩是小麥加工主要的副產(chǎn)品，麥麩是小麥籽粒皮層和胚的總稱[4]。根據(jù)小麥不同的出粉率，麥麩的出品率一般為小麥的15%～25%。麥麩中含有大量的膳食纖維。因此，將麥麩作為一種性價(jià)比較高的膳食纖維來(lái)源，對(duì)其提取技術(shù)的研究和后續(xù)的產(chǎn)業(yè)化有著現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的市場(chǎng)前景。

目前，對(duì)麥麩中膳食纖維的提取方法很多，如酒精沉淀法、中性洗滌法、酸堿法、酶堿法、酸酶法等，新麥麩皮的提取率高于陳麥麩，但純度差異不大，提高α-淀粉酶和氫氧化鈉的用量雖然能一定程度上降低膳食纖維的提取率，但是制得的膳食纖維純度會(huì)提高，酶堿法制備的膳食纖維提取率高于堿法，但制品的純度略低，綜合考慮采取酶堿法前景較好[5]。酶堿法中先用α-淀粉酶[6]酶解淀粉類物質(zhì)，再用氫氧化鈉堿液堿解。影響提取率的因素有很多，主要有α-淀粉酶液的濃度、堿解時(shí)間、堿解溫度、堿液濃度4個(gè)因素。如果需要將淀粉的酶解完全，淀粉酶液需具備一定的濃度，濃度過(guò)低，水解將不完全，過(guò)高則提取率降低，主要原因是過(guò)高的濃度會(huì)使其中的半纖維素等生理活性物質(zhì)溶出。纖維素和半纖維素的酶解、蛋白質(zhì)變性等都會(huì)影響膳食纖維的提取率，氫氧化鈉濃度過(guò)大時(shí)，纖維素等物質(zhì)都會(huì)發(fā)生輕度酶解，且蛋白質(zhì)出現(xiàn)變性反應(yīng)，溶解度降低，使得提取率降低，而堿解時(shí)間產(chǎn)生的影響則主要是考慮到蛋白質(zhì)酶解完全與否，纖維素、半纖維素是否發(fā)生酶解，通過(guò)單因素試驗(yàn)與正交試驗(yàn)可得出影響因素的最佳值，進(jìn)而使膳食纖維的提取率達(dá)到最大。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

麥麩，購(gòu)自小麥磨粉廠。

α-淀粉酶，河南佳潤(rùn)生物科技有限公司提供；氫氧化鈉（分析純），東莞市聚鵬化學(xué)有限公司提供。

三角瓶、燒杯、量筒、恒溫水浴箱、小型粉粹機(jī)、電子天平、鼓風(fēng)干燥箱、pH值試紙、過(guò)濾漏斗、溫度計(jì)、電爐等。

1.2 試驗(yàn)方法

酶堿法提取麥麩膳食纖維工藝流程：

麥麩原料預(yù)處理→蒸煮→α-淀粉酶酶解→滅酶→沉淀→堿解→水洗→過(guò)濾→烘干→粉粹→成品。

1.3 操作要點(diǎn)

1.3.1 麥麩預(yù)處理

將購(gòu)買到的麥麩分散于潔凈的水中，充分浸泡15～30 min，洗滌除去淀粉類、泥沙類等雜質(zhì)后干燥備用。

1.3.2 煮制

用電子天平稱取一定量預(yù)處理后的麥麩，置于250 mL三角瓶中（也可以選擇更大規(guī)格三角瓶），按照質(zhì)量比為1∶10稱取水置于三角瓶中，控制溫度65～75 ℃， 蒸煮時(shí)間 10～20 min。

1.3.3 滅酶

酶解后，于100℃下滅酶。

1.4 分析方法

1.4.1 純度

膳食纖維分為可溶性膳食纖維和不可溶性膳食纖維，雖然可溶性膳食纖維占比較小，但在提取過(guò)程中可溶性膳食纖維仍有部分損失。純度計(jì)算公式如下：

1.4.2 提取率

采用pH值試紙對(duì)照法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 α-淀粉酶液濃度與膳食纖維提取率的關(guān)系

稱取一定量的經(jīng)過(guò)預(yù)處理的麥麩，加入一定量的α-淀粉酶液，添加量分別為0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，于65℃的條件下，酶解1 h，沉淀靜置，棄去酶解后的上清液，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的氫氧化鈉溶液，在30℃條件下浸泡1 h，中和過(guò)濾，使用鼓風(fēng)干燥箱烘干后，測(cè)定膳食纖維的提取率。

α-淀粉酶液添加量與膳食纖維提取率的關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 α-淀粉酶液添加量與膳食纖維提取率的關(guān)系

由表1可知，提高α-淀粉酶液添加量，膳食纖維提取率先升高后降低，當(dāng)?shù)矸勖傅奶砑恿窟_(dá)到0.4%時(shí)，提取率達(dá)到最大，為49.54%。

2.2 氫氧化鈉添加量與膳食纖維提取率的關(guān)系

取一定量經(jīng)過(guò)添加量0.4%α-淀粉酶的處理后的麥麩，分別加入添加量1%，3%，5%，7%的氫氧化鈉溶液，在50℃的條件下堿解1 h，水洗至中性，過(guò)濾、烘干后測(cè)定提取率。

氫氧化鈉添加量與膳食纖維的關(guān)系見(jiàn)表2。

教師課前通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，上傳相關(guān)微課視頻等學(xué)習(xí)資料，布置學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)生在家通過(guò)平臺(tái)自主學(xué)習(xí)，完成任務(wù)。教師利用平臺(tái)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問(wèn)題，從而了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況。在課堂中對(duì)于一些學(xué)生掌握情況較好的知識(shí)點(diǎn)，教師就可以簡(jiǎn)講甚至不講；對(duì)于錯(cuò)誤比較多的問(wèn)題，教師應(yīng)該有重點(diǎn)地詳細(xì)講解，從而解決大多數(shù)同學(xué)的共同問(wèn)題。

表2 氫氧化鈉添加量與膳食纖維的關(guān)系

由表2可知，氫氧化鈉的添加量與膳食纖維提取率的關(guān)系類同α-淀粉酶液添加量對(duì)提取率的影響，均為先升高后降低。當(dāng)氫氧化鈉添加量為3%時(shí)，提取率達(dá)到最高，為51.84%。

2.3 氫氧化鈉堿解時(shí)間與膳食纖維提取率的關(guān)系

取一定量經(jīng)過(guò)添加量0.4%α-淀粉酶處理后的麥麩，分別加入3%氫氧化鈉溶液，在50℃條件下分別堿解30，60，90，120 min后，水洗至中性，過(guò)濾、烘干后測(cè)定提取率。

氫氧化鈉堿解時(shí)間與膳食纖維提取率的關(guān)系見(jiàn)表3。

表3 氫氧化鈉堿解時(shí)間與膳食纖維提取率的關(guān)系

由表3可知，隨著堿解時(shí)間的增加，膳食纖維的提取率也隨之增加，當(dāng)堿解時(shí)間超過(guò)90 min時(shí)，膳食纖維的提取率反而減小。

2.4 氫氧化鈉堿解溫度與膳食纖維提取率的關(guān)系

取一定量經(jīng)過(guò)添加量0.4%α-淀粉酶處理后的麥麩4份，分別加入添加量3%氫氧化鈉溶液，設(shè)置不同的堿解溫度，分別于30，50，70，90℃下堿解1.5 h后水洗，至中性，再經(jīng)過(guò)過(guò)濾烘干，測(cè)定其膳食纖維提取率。

氫氧化鈉堿解溫度與膳食纖維提取率的關(guān)系見(jiàn)表4。

表4 氫氧化鈉堿解溫度與膳食纖維提取率的關(guān)系

由表4可知，隨著堿解溫度的升高，膳食纖維的提取率也是先升高后下降，在堿解溫度為70℃時(shí)，膳食纖維提取率最高，為52.22%。

2.5 正交試驗(yàn)

結(jié)合影響膳食纖維提取率影響較大的4個(gè)因素的單因素試驗(yàn)，得出各因素的試驗(yàn)水平，以其最適條件為依據(jù)，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，水平的選擇采用常用方法，在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上采取最靠近最佳水平的條件作為其他2個(gè)水平。

膳食纖維提取四因素三水平正交試驗(yàn)見(jiàn)表5。

表5 膳食纖維提取四因素三水平正交試驗(yàn)

由表5可知，4個(gè)因素對(duì)膳食纖維的提取率的影響各不相同，影響順序依次為B＞A＞C＞D，即堿解溫度影響最小，氫氧化鈉添加量影響最大，α-淀粉酶添加量和氫氧化鈉堿解時(shí)間居中，根據(jù)表5可知，各因素的最佳水平為A2B2C3D2，即α-淀粉酶添加量0.4%，氫氧化鈉添加量4%，氫氧化鈉堿解時(shí)間100 min，氫氧化鈉堿解溫度70℃，此時(shí)提取率達(dá)到最高，為56.37%。

3 結(jié)論

3.1 α-淀粉酶液添加量與提取率的關(guān)系

在膳食纖維提取過(guò)程中，α-淀粉酶的作用主要是酶解原料中的淀粉類物質(zhì)，小麥制粉后，麥麩表面覆蓋著大量淀粉。α-淀粉酶既能作用于淀粉，又能作用于半纖維素等活性物質(zhì)，添加量過(guò)低，淀粉酶解不完全，使得膳食纖維成品不純，摻有部分淀粉，從而升高了膳食纖維的“提取率”。反之，添加量過(guò)高，則使部分生理活性物質(zhì)溶出，使得提取物質(zhì)量降低，降低膳食纖維的“提取率”。

3.2 氫氧化鈉堿液添加量與麥麩膳食纖維的提取率的關(guān)系

氫氧化鈉堿液的作用主要是堿解原料中的蛋白質(zhì)和脂肪，去除蛋白質(zhì)對(duì)于得到準(zhǔn)確的膳食纖維提取率數(shù)據(jù)尤為重要。在試驗(yàn)中，去除蛋白質(zhì)采用的原理為將蛋白質(zhì)溶于氫氧化鈉堿液中，根據(jù)蛋白質(zhì)的特性，大部分蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)都偏酸性，蛋白質(zhì)溶液在等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)發(fā)生凝聚沉降，此時(shí)溶解度低。因此，只要調(diào)至酸性，大部分的蛋白質(zhì)都將溶于氫氧化鈉堿液中，從而去除蛋白質(zhì)。

3.3 氫氧化鈉堿解時(shí)間與膳食纖維的提取率的關(guān)系

鑒于堿液在試驗(yàn)中的作用機(jī)理，當(dāng)氫氧化鈉堿液添加量一定的情況下，堿解時(shí)間將會(huì)影響膳食纖維的提取率，時(shí)間過(guò)短，蛋白質(zhì)堿解不完全，膳食纖維的提取率降低；時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成纖維素及半纖維素輕度水解，也會(huì)導(dǎo)致提取率降低。

3.4 氫氧化鈉堿解溫度與膳食纖維的提取率的關(guān)系

堿解溫度與提取率的關(guān)系也是基于蛋白質(zhì)的堿解和纖維素的溶出機(jī)理，溫度過(guò)低，蛋白質(zhì)的堿解不完全，而溫度過(guò)高，纖維素的溶出，都會(huì)使提取率降低。

3.5 試驗(yàn)過(guò)程中可能對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響的因素

3.5.1 試驗(yàn)原料

麥麩的感官要求有細(xì)粹屑狀，色澤鮮艷一致，無(wú)發(fā)酵、霉變、異味；水分含量不超過(guò)13%；試驗(yàn)的原料來(lái)源于小麥磨粉廠的陳麥麩，故可能存在原料對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的客觀影響。

3.5.2 試驗(yàn)設(shè)備

由于實(shí)驗(yàn)室中有些設(shè)備的老化或使用過(guò)多，使得試驗(yàn)可能會(huì)存在一些誤差。

3.5.3 試驗(yàn)人員

在試驗(yàn)過(guò)程中，某些步驟的操作不夠嚴(yán)格規(guī)范，使得試驗(yàn)可能會(huì)存在一些誤差。

膳食纖維具有多種功能和作用，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，膳食纖維在食品中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[7]，被人們稱為第七類營(yíng)養(yǎng)素。因其具有較高的持水力，具有一定的填充劑容積作用，并且對(duì)有機(jī)化合物有吸附螯合作用，膳食纖維的需求也變得越來(lái)越多，快速高效地提取膳食纖維對(duì)食品及健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都具有積極意義。通過(guò)試驗(yàn)得知，當(dāng)α-淀粉酶添加量0.4%，氫氧化鈉添加量4%，提取時(shí)間100 min，提取溫度70℃時(shí)，麥麩中膳食纖維的提取率可達(dá)56.37%。